淺析電廠660MW超臨界機組電路綜合保護器設計

張金

摘 要：文章針對電廠660MW超臨界機組電路綜合保護器設計，從算法的角度進行了解析。利用傅立葉算法很好的避免了電廠出現漏電及單相接地等故障導致絕緣擊穿等事故的發生。

關鍵詞：電廠；超臨界機組；電路綜合保護器

引言

近年來，隨著電廠機組容量、電網電壓不斷提高，高壓供電距離的不斷增加，供電系統可靠性、安全性和連續性的要求越來越高。由于操作人員維護不當或操作錯誤、輸電線路的導線斷裂等原因，經常會出現漏電及單相接地故障，若不及時排除，長期運行將導致絕緣擊穿等事故。而系統如果有保護裝置，可大大較少事故的發生，可減少人員的傷亡和國家財產的損失。可見，電路綜合保護器的重要性。

1.綜合保護器電參量數據處理算法

綜合保護器的測量和保護系統是采用對電力系統中的各電氣量進行采樣，通過軟件算法程序對采樣數據進行運算、分析和判斷，完成電壓、電流和頻率、有功功率、無功功率、功率因數等的參數測量以實現各種保護功能。

1.1算法選擇

研究電參量的計算算法主要是尋找有效的數字信號處理方法，在滿足工程精度要求下盡可能簡便快捷地得到所需結果。在數據處理方法上，目前常用的有正弦函數模型算法、周期函數模型算法、微分方程算法、隨機函數模型算法。以上算法中，正弦函數模型算法、周期函數模型算法是利用采樣值，先算出有關的電流及電壓的幅值、相角、功率等基本電參數，然后根據不同保護原理所對應的動作判據實現保護功能的基本算法。在電參量負荷檢測和計算上本設計采用周期函數模型算法---傅立葉算法。

1.2傅立葉算法

傅立葉算法其本身具有的較好的濾波特性，該算法采用某一正交函數組作為樣品函數，將這一樣品函數組與待分析的時變函數進行相應的積分變換，以求出與樣品函數頻率相同分量的實部和虛部的系數，進而可以得到該頻率的諧波分量的模值和相位。在電網系統正常運行時，電壓電流信號是由基波和各種倍頻諧波疊加而成的。

周期函數x（t）可以用傅氏級數的形式來表示，即可將周期函數進行傅氏分解成直流分量基波及整數倍諧波分量之和的形式：

（1）

式中： 為基波角頻率， =2πf， f=50Hz

為n次諧波正弦項幅值系數； 為n次諧波余弦項幅值系數。

式（1）可合并為： （2）式中：

（3） （4）

（5） （6）

對于周期連續信號 ，式（3）和式（4）離散化：

（7） （8）

這樣我們就可以對電壓電流信號一周波采集N個點，然后代入式（5）、（6）計算有效值、相角。

2.綜合保護器的硬件部分

2.1 綜合保護器的硬件整體

該保護器的設計主要有硬件設計和軟件設計兩部分組成。硬件部分主要有C8051F040單片機最小系統、信號采集系統、保護及報警系統、液晶模塊12864及時鐘芯片DS1302系統等組成。系統硬件框圖如圖所示。

該系統通過C8051F040最小系統將處理過的電壓電流信號、溫度傳感器信號以及時鐘芯片的讀取，將信號處理還原與實際正常信號對比。如果有故障發生時參數將超出正常范圍，CPU向繼電器發出信號使其動作起到保護作用，同時報警提示工作人員，并且在液晶12864上顯示故障原因及參數和故障時間。

2.2 系統各部分的工作原理

2.2.1電壓互感器簡介。HPT302是一種電流型的精密微型電壓互感器，輸入輸出電流比為1∶1，輸入電流最大為10mA，一次輸入電壓小于1000V（接限流電阻）。如：HPT302-2mA/2mA，額定一次電流為2mA，二次繞組會產生一個2mA的電流，比差允許±0.1%，角差允許±10°，0負載。2mA/2mA是指互感器額定電流比，可以工作于10mA/10mA以下的任何工作點。

2.2.2電流互感器簡介HCT250是一種測量用精密電流互感器，額定一次電流為5A，二次繞組會產生一個2.5mA的電流，比差允許±0.1%，角差允許±10，0負載。當電流比不是5A/2.5mA時型號表達為HCT250-*A/**mA。

2.2.3穩壓二極管簡介。信號的抬高是有穩壓二極管LM385。設計工作于10uA到20mA的寬電流范圍。其特征有非常低的動態抗、低噪聲以及隨時間和溫度穩定工作。通過片內微調可以實現嚴格的電壓誤差。該器件大動態的操作范圍使其使用于范圍很大的電源盒具有優勢調整能力的應用場合。非常低的工作電流器件非常適合用于微功率電路，如便攜儀器、穩壓器和其他需要擴展電池壽命的模擬電路。LM385系列有兩種電壓規格，1.235V和2.5V。本設計所用的是第一種1.235V的。

2.2.4信號采集原理。電壓信號的采集是用分壓的原理將強電變為弱電信號，然后經過電壓互感器隔離得到弱電交流信號。由于單片機不能采集負信號，所以我們要把負信號加一直流信號抬高使其轉換為正信號，然后進入ADC0模擬通道AIN0.0進行采集。經過一直流信號抬高進入ADC0模擬通道AIN0.1進行采集。

3.結論

通過對電廠660MW超臨界機組電路綜合保護器設計，解決了電廠出現漏電及單相接地故障不及時排除，長期運行將導致絕緣擊穿等事故的發生。對電廠各類保護的改進具有一定的指導意義。